KC04030205-m03光纖傳感器的選型

1、教 案任務(wù)二 生產(chǎn)線中物料的位移檢測教師姓名授課形式授課時數(shù)授課日期授課班級班 月 日 第 周（周 ）第 節(jié)知識點教學(xué)目標(biāo)知識點：光纖傳感器的選型【知識目標(biāo)】1. 掌握光纖的重要參數(shù)。2. 了解光纖傳感器的選型依據(jù)?！灸芰δ繕?biāo)】1能夠根據(jù)需要合理選擇傳感器。2具備問題分析與數(shù)據(jù)處理的能力?！舅刭|(zhì)目標(biāo)】1具備與工作伙伴的溝通交流能力，具備團隊工作、協(xié)調(diào)能力。2具備善于觀察、學(xué)習(xí)和思考，系統(tǒng)分析解決問題的能力。成員間的溝通、協(xié)調(diào)能力。教學(xué)重點教學(xué)難點【教學(xué)重點】1. 掌握光纖的重要參數(shù)。2. 了解光纖傳感器的選擇依據(jù)?！窘虒W(xué)難點】掌握光纖的重要參數(shù)。使用教具傳感器檢測實訓(xùn)室、電腦、投影儀等。課外作

2、業(yè)備 注授課主要內(nèi)容或板書設(shè)計1、 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)光纖傳感器一般由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖）、光接收器、信號處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成（見下圖）。其基本工作原理就是由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)光纖引導(dǎo)至敏感元件。在這里，光的某一性質(zhì)受到被測量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘?，最后?jīng)信號處理系統(tǒng)處理得到所要的被測量。光纖傳感器與電類傳感器相比，在測量原理上有本質(zhì)的差別。電類傳感器以電學(xué)量為基礎(chǔ)，而光纖傳感器以光學(xué)量為基礎(chǔ)。光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。光纖傳感器的核心元件是光纖。實際應(yīng)用時，選擇光纖傳感器主要是考慮的光纖的參數(shù)。2、 光纖的

3、重要參數(shù)1、 數(shù)值孔徑NA（Numerical Aperture）由斯乃爾Snell 定律可導(dǎo)出光由折射率為 n0 的空氣媒質(zhì)（n0=1）中射入纖芯時實現(xiàn)全反射的臨界角（始端最大入射角）。它表示無論光源發(fā)射功率多大，只有i<i0 = arcsinNA 的那些光線，才能被光纖接收（以至于傳播）；NA愈大，表示入射光的角度（范圍）越大，光纖的集光能力愈強。數(shù)值孔徑是衡量光纖集光性能的主要參數(shù)。2、 傳播模式在光纖的受光角內(nèi)，以某一角度射入光纖端面，并能在光纖的纖芯-包層交界面上產(chǎn)生全反射的傳播光纖，即可稱之為一個傳播模式。根據(jù)傳播模式，光纖有單模和多模之分。當(dāng)光纖纖芯直徑很小時，光纖只允許與

4、光纖軸方向一致的光線通過，即只允許通過一個基模。這種只允許傳輸一個基模的光纖稱為單模光纖。當(dāng)光纖的纖芯直徑較大時，則在光纖的受光角內(nèi)，可允許光波以多個特定的角度射入光纖端面，并在光纖中傳播。此時光纖中有多個模式。這種能傳輸多個模式的光纖稱為多模光纖。以不同入射角入射在光纖端面上的光線在光纖中形成不同的傳播模式。沿光纖軸傳播的叫基模，相繼還有一次模、二次模等。單模光纖：纖芯直徑小于6m，折射率差小于0.5%，多用于功能型光纖傳感器。多模光纖：多模光纖的傳輸頻率較高，纖芯直徑 （大于50m），折射率差（n1-n2）/n1 較大，多用于非功能型光纖傳感器。3、 傳播損耗設(shè)光纖入射端光功率為Pi、出射

5、端光功率為P0、光纖長度 L（km），則光纖的損耗（dB/km）可用下式計算。引起光纖損耗的因素有兩個，即吸收損耗和散射損耗。前者是媒質(zhì)的吸收作用將使傳輸?shù)墓饽茏兂蔁崮埽斐晒饽艿膿p失。后者是由于光纖的材料及其不均勻性或其幾何尺寸的缺陷引起的。光導(dǎo)纖維的彎曲也會造成散射損耗。這是由于光纖邊界條件的變化，使光在光纖中無法進(jìn)行全反射傳輸所至。彎曲半徑越小，造成損耗越大。早期的光纖損耗很大，上世紀(jì)70年代后期制成的石英光纖的損耗已降低到，已接近光纖損耗的理論極限。4、 色散色散是指折射率與頻率有關(guān)的現(xiàn)象，是衡量光纖傳送光信息容量的重要參數(shù)。輸入光在光纖傳輸?shù)倪^程中，由于光波的群速度不同而出現(xiàn)的頻率帶寬問題。它反映光纖傳輸帶寬、通迅信息的容量和品質(zhì)。多數(shù)傳感器不存在信息容量的問題，因此可放寬對光纖色散的要求。光纖色散可分為以下幾種：（1） 材料色散材料的折射率隨光波波長的變化而變化，這使光信號中各波長分量的光的群速度不同而引起的色散，故稱折射率色散。（2） 波導(dǎo)色散由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不同，某一波導(dǎo)模式的傳播常數(shù)隨信號角頻率變化而引起色散，也稱結(jié)構(gòu)色散。（3） 多模色散在多模光纖中，由于各個模式在同一角頻率下的傳播常數(shù)不同、群速度不同而產(chǎn)生的色散。3、 光纖傳感器的選型依據(jù)光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。光信號的傳播主要依賴光纖，